上海飞机客户服务有限公司 200241
1.概述
1.1民航运输业持续快速发展
近年来，随着国民经济的高速增长，中国民航运输业的市场需求不断扩大，民航运输量始终保持很高的增长率在发展。根据民航总局公布的统计结果，2016年全国通航机场共保障飞行起降架次为923.8万架次，比上年增长7.9%。民航全行业航空运输周转量、旅客运输量和货邮运输量分别达到962.51亿吨公里、48796亿人次、1510.4万吨，分别比去年增长13%、11.9%、7.2%。
截至2016年底，民航全行业运输飞机期末在册架数2950架，比上年底增加300架。
1.2增强空中交通管制综合保障能力
随着近年来航空运输飞行量高速发展，民航运输的保障能力越来越引起社会各界的关注，党中央、国务院对我国航空事业发展也越来越重视，中央领导专门就提高我国重点地区的航空飞行保障能力有过重要批示。我国通过建设北京、上海、广州区域管制中心、引进先进自动化系统、改造空域环境、采用航行新技术等重要举措，大幅度提高了空中交通管制综合保障能力，一定程度上缓解了航班增长对空管安全保障带来的巨大压力。但随着航空公司飞行机队的扩充和飞行量的持续增加，航空公司希望飞行更安全、方便和快捷。希望通过高效的空中交通管理提高运营效率，降低运营成本。希望空管部门提供更高水平服务的需求日益强烈。
因此，除了进一步改善影响空管运行的外部环境外，空中交通管制部门需要不断后深入挖掘管制潜力，充分利用新技术、新设备、新的管制手段，用科学的方法降低管制员劳动强度，缩小个体间的技能差异，优化区域、终端和塔台等各管制部门之间的工作流程，提高空中交通管制综合保障能力。
1.3国内外经验
从国外经验看，在美国、欧洲和澳大利亚，不少繁忙机场和终端区都使用了航班进离港排序辅助觉得系统。以澳大利亚为例，2000年悉尼奥运会前，悉尼安装了MAESTRO进港排队辅助决策系统AMAN，该系统与使用的EUROCAT管制自动化系统相结合，有效地景帝了区域和进近管制员的工作负荷，达到了加速进入终端区流量并境地延误的目的。排队辅助决策系统不但使机场附近区域及终端区空中交通更加有序，提高了管制安全水平，而且减少了燃油消耗，为航空公司节约了大量的运行成本。鉴于悉尼机场的成功应用，2003年澳大利亚民航局还在墨尔本和布里斯班机场建设了MAESTRO系统。在欧洲，航班进离港排序辅助决策系统还被认为是未来发展Gate-To-Gate空中交通管理的重要部分，此系统的发展前景时分广阔。
目前国内和欧美很多机场都在使用AMAN/DMAN系统，使每架飞机的降落时间平均减少1.1min，大幅降低油耗，每月可节省130万美元的燃油。如法兰克福机场自从安装AMAN/DMAN系统以来，每天增加了23个降落时隙，提高容量3.5%，一年增加收入950万美元。
2.系统原理
2.1进港排序辅助决策系统AMAN
进港排序辅助决策系统AMAN的工作原理是根据航班的ETA时间，通过调速（优选）方式使进港航班以规定的间隔和次序进港运行：
根据飞行计划和当前使用跑道确定航班的进港路径；
计算航班的ETA；
根据ETA排序并根据间隔要求向管制员提供排序建议和调速建议；
2.1.1ETA
AMAN系统是围绕ETA的系统，如何在较远距离获得精准的ETA是AMAN得以施行的关键因素。预测ETA受运行路径、航空器性能、气象（尤其是高度变化）等因素影响。如果航班在离机场200nm外获得期望降落时间RTA，就可以通过调速使ETA与RTA一致，这样就可以避免空中等待的消耗。
2.2离岗排序辅助决策系统DMAN
与AMAN系统原理类似，离港排序辅助决策系统DMAN的工作原理是调整离港航班的预计撤轮档时间EOBT来调整ETD时间，从而确定离港排序并减少滑行等待时间。
离港管理一般作为进港管理的补充而存在，尾流的特点是尾流随着航空器接地而消失，因此，落地航空器与起飞航空器之间不存在尾流间隔要求。利用落地航空器之间的间隔实施起飞可以更好的利用机场时隙。
2.3总结
空中交通排队辅助系统最关键的技术是对航空器预期飞行轨迹的预测能力。无论是AMAN还是DMAN，之所以能产生正效益都是对航班预计占用跑道的预测时隙，也正是由于预测时隙无法达到要求的正确性，才使得AMAN/DMAN只能向空中交通服务提供者提供排序建议而非指令。
时隙的预测需要预计航迹的大气状况、航空器性能、空域使用规则等一系列专业。在B0-15和B1-15中都仅仅是对地面系统的整合和升级，而最了解航空器性能和航空器所处位置大气状况的确实航空器本身，所以在之后的B2-15和B3-15中必然会将航空器飞行管理系统和通信系统纳入到AMAN/DMAN中以提高时隙预测的准确性，尤其是在较远距离或较远时间提供准确性很高的ETA和EOBT。最终实现飞行计划的全时段预期。
为实现全时段预测需要多系统相互融合，首先是要实现航行信息、航空器性能、气象信息、空域使用等信息融合到一个统一的平台，经计算后提供基于性能和空域使用的更加优化的航空器运行次序和时刻；其次，在空域规划中应尽量减少三维航线的交叉，当前正在广州白云机场试点运行的CDO/CCO是避免航线交叉的一个很好的空域规划模式。再次，将间隔监视任务部分移交给航空器驾驶员或自动设备，同时辅以间隔提醒和告警，将能很好的降低飞行员和管制员的工作负荷，使其可以将有限的精力用于更重要的工作任务。从而使航空器运行更加安全、顺畅。
2.4实例
此处以韩国济州机场AMAN为例讲述排序辅助决策系统的原理
如图有上述六架来自三个方向的进港航班，地面系统获取它们的预计落地时间ETA如下图左侧所示
济州机场要求的航空器落地间隔最小为4分钟。KAL1136、AAR315、KAL7325三架航空器之间的间隔不符合要求，需要调整。因为三架航空器距离机场较远，有充足的时间和空域通过调速使三架航空器之间达到符合要求的间隔。根据ETA顺序KAL1136第三个落地增速20Kts后的预计落地时间与第二架航空器JAL3051的预计落地时间为4min，符合落地间隔。AAE315增速10Kts（应小于前机增速）后的预计落地时间与前机KAL1136之间间隔为4min，与后机KAL7325的预计落地间隔为4min都符合落地间隔要求。如左图右侧一栏。因此AMAN系统会向管制员提出KAL1136增速20Kts、AAR315增速10Kts的建议。管制员会依据此建议及空域使用情况，确定最终的指挥方案。
AMAN的核心技术是识别空域限制以及因此产生的次序调整的逻辑算法。在上述举例中，并没有涉及这一情况，国际上的成熟技术也是对外保密的。但无外乎是对管制员逻辑思考的计算机模拟。目前，华东空管局、西北空管局和西南空管局正在使用的是川大研制的AMAN/DMAN系统。
3.应用AMAN/DMAN的优势
通过引入空中交通排队辅助决策系统，可以为目前整体的空中交通管理带来如下好处：
3.1提高空域利用率，增加单位小时流量，实现机场容量最大化。
空中交通排队辅助决策系统能够根据预计的进出港流量灵活的确定区域、终端、塔台之间的移交间隔，可以提高机场的单位时间内起飞放行率和着陆接受率，提高有限空域的利用率，使机场的运行容量保持在最大化的状态。
3.2合理分配使用跑道，满足机场多跑道运行
从整体运行的角度出发合理分配使用跑道，降低管制调配难度和复杂性，缩短航空器飞行时间，增加安全余度，使空中管制和机场运行更加有序、顺畅。
3.3减少地面等待延误，提高航班正点率
空中交通排队辅助决策系统统筹考虑进出港流量和外部流量控制，在进港顺序中预留起飞间隔，根据预计起飞时刻到推出航空器在停机位推出、开车时间，可以实现对出港航空器优化排序。
3.4降低航空公司和机场运行成本
空中交通排队辅助决策系统可以更好发挥空中交通管制潜力，充分理由有限资源，提高机场使用效率，减少延误，节省燃油，降低运行成本。
3.5减轻管制员的工作负荷
空中交通排队辅助决策系统将优化的排序方案提供给管制员参考，显著境地管制协调量，减轻管制员的工作负荷，充分利用跑道和空域资源，减少航空器飞行时间，降低管制协调和调配难度。
4.航空系统组块升级（ASBU）计划
航空业是世界经济增长最快的行业之一。为了使全球空中航行系统更加安全、更加高效、更加环保，需要充分利用科技的发展，不断提高系统的安全水平和运行效率，为航空业的可持续发展提供强有力的支持和保障。国际民航组织(ICAO)近年的工作主要围绕着提升全球空中航行系统安全水平和运行效能而开展。并逐渐认识到航行系统运行水平的提升，需要以明确的运行效能要求为目标，建立全球一体化的空中航行系统。ICAO 决定以全球空中交通管理(ATM)运行概念作为愿景，指导空中交通管理系统的规划与实施，并更新了《全球空中航行计划》（DOC 9750），提出了航空系统组块升级（ASBU），用工程化的方法指导全球空中交通管理系统的规划与实施。
ASBU 将运行概念划分成为一系列可衡量的运行效能改进，这些运行效能改进可以灵活组合，分阶段实施。各个国家和地区在全球统一的框架下，可根据自身需要引入和实施所需的运行能力改进，这将直接提升全球空中交通管理系统的安全水平和运行效率。未来空中交通管理系统的发展，将依据 ICAO《全球空中航行计划》，采用 ASBU 方法规划和实施。
AMAN/DMAN属于ASBU计划机场运行领域，共包括四个模块：
模块B0-15目前-2013年通过跑道排序AMAN/DMAN提高交通流量
模块B1-152013-2018年通过离场、场面和进场管理提升机场运行
模块B2-152018-2023年AMAN/DMAN链接
模块B3-152023-2028年AMAN/DMAN/SMAN集成
模块 B0-15：对在紧邻机场有多条关联跑道的某一多跑道机场的进场和离场航班进行管理(包括基于时间的计量)，以有效地利用跑道的固有容量。
模块 B1-15：扩大进场计量的范围及将场面管理与离场排序整合到一起，将会改善跑道管理和提高机场性能和飞行效率。
模块 B2-15：该模块将 AMAN/DMAN 整合，以便能动态地进行时刻安排并确定跑道的构型，从而可以更好地适应各种进场/离场模式及进场和离场管理集成。
模块 B3-15：该模块简短描述了集成的到场、航路、场面和离场管理。
4.1模块 B0-15
4.1.1要素
4.1.1.1要素一：AMAN和基于时间的计量
1)进场管理基于空域状态、尾流紊流、航空器能力和用户意愿对航空器进行排序。所确定的排序对航空器在到达一个优先进近定位点之前可能不得不损失的时间作出规定，从而使航空器能够更有效地飞往该定位点并减少等待，尤其是在低空的等待。流畅的排序可增加机场的吞吐量。
2)基于时间的计量是一种根据时间而非距离来保持间隔的做法。一般情况下，相关的空中交通管制当局将指定航班必须到达机场的时间。我们将此称为受控进场时间(CTA)。CTA根据机场容量、终端空域容量、航空器能力、风及其他气象因素来决定。基于时间的计量是进行进场排序时所采用的一种主要方法。
4.1.1.2要素2：离场管理
与进场管理一样，离场管理可用于优化离场运行，以确保最有效地利用机场和终端资源。时隙分配和调整将由离场管理(DMAN) 或离场流量管理(DFM) 等离场管理自动化系统加以支持。动态的时隙分配将使航空器能够更顺畅地融入到空中交通流中，并有助于空域用户更好地按规定的时间抵达计量管制定位点和遵守空中交通管理的其他决定。离场管理根据空域状态、尾流紊流、航空器容量和用户意愿对航空器排序，从而在不影响交通流量的情况下，使其融入到空中航路的交通流中。这将有助于增加机场吞吐量，并遵守所分配的离场时间。
4.1.2必要的系统能力
4.1.2.1航空电子设备
对于离场而言，不需要航空电子设备来支持开展基于时间的计量。对于进近而言，则主要通过ATC发出的对接受进场管理的航空器的排序加以调整的速度许可来开展基于时间的计量。通过要求航空器按某一规定时间抵达某一计量管制定位点，以及依靠现有的飞行管理系统(FMS) 所具有的航空器所需进场时间预测功能，可为此种计量提供便利。
4.1.2.2地面系统
1)关键的技术方面包括：提供自动化支持，从而使进场排序、离场排序和场面信息同步化。关键的技术可改进进场流的可预测性，及进一步完善扇区容量的估算和加强轨迹管理。拥堵较轻的机场可能无需大量的自动化支持来实施。
2)进场/离场管理(AMAN/DMAN) 应用系统和现有技术均可投入使用，但需要在现场进行调整和维护。
4.1.3目前使用情况
基于时间的计量
美国：目前，美国的20个航路交通管制中心(ARTCCs) 正在将交通管理咨询工具作为主要的基于时间的计量自动化装置加以使用。今后将进一步作出努力，以逐步将作为增强型交通管理咨询工具的基于时间的流量管理投入使用。
欧洲：基本的AMAN已经在比利时、丹麦、法国和联合王国等一些欧洲国家加以实施。DMAN则在戴高乐等欧洲主要枢纽机场加以部署。
其他地区：在澳大利亚、南非和新加坡等一些地方实施了AMAN。
离场流量管理
美国：离场流量管理在两个机场接受了运行试验。
欧洲：DMAN在戴高乐等欧洲主要枢纽机场作了部署。
4.1.4计划或正在开展的试运行
基于时间的计量
美国：目前正在使用KDAL这一无线电台对终端区计量进行模拟，以支持RNAV/RNP程序。预计将于2018年之前，将终端区计量能力纳入到TBFM中。
离场流量管理
美国：2014年，离场流量管理将与扩大计量范围的相关做法整合到一起，并成为美国TBFM的一部分。
欧洲：预计DMAN的部署范围将涵盖欧洲大多数主要机场.
论文作者:徐宾
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/19
标签：管制论文; 航空器论文; 机场论文; 系统论文; 空域论文; 时间论文; 离场论文; 《科技新时代》2018年8期论文;